软弱围岩爆破技术在龙头岭隧道中的应用

殷芳满，韩国光

（池州市长江岩土爆破工程有限公司，安徽池州247100）

路桥与建筑

软弱围岩爆破技术在龙头岭隧道中的应用

殷芳满，韩国光

（池州市长江岩土爆破工程有限公司，安徽池州247100）

根据软弱围岩的特点，分析了隧道爆破掘进对软弱围岩稳定性的影响。以龙头岭隧道爆破施工为工程实例，给出了软弱围岩的爆破施工参数的选取方法，保障了施工的进度、质量和安全，为类似工程实践参数的选取提供参考。

软弱围岩；隧道爆破；技术参数；施工保障

0 引言

隧道开挖是公路、高铁、物流廊道等工程施工过程中穿越山体、地下结构时常见的施工方法，而在隧道的施工过程中，经常会遇到软弱围岩等不良的地质情况，软弱围岩隧洞的施工质量不仅影响着隧洞的稳定性，还会影响隧道施工安全和工程进度[1]。

1 爆破对围岩的稳定性的影响分析

隧道爆破开挖后，岩体中形成了新的自由面，而原来处于高应力作用下的软弱围岩，会向新的自由空间产生位移，围岩的自稳能力不断减弱[3]。在反复多次的爆破应力波的扰动下，围岩的变形速度会进一步加快，岩体进一步损伤，而软弱围岩本身的胶结程度差、节理程度高，因此可能会出现掉块和塌顶的现象。

在隧道施工过程中造成的超欠挖在所难免，但是由于软弱岩层本身具有岩面结合程度较差、粘结力弱等特点，在开挖时，更易造成超欠挖。通过提高钻孔精度，选择合适的单耗、周边孔线装药密度以及装药结构，可以减少对围岩的振动和破坏，从而减少超欠挖[4-5]。

2 龙头岭隧道概况

龙头岭隧道是安徽省望东长江公路大桥的控制性工程，为新建分离式的四车道高速公路隧道，隧道净空为10.75 m，建筑限界高度5 m，龙头岭隧道位于东至县香隅镇附近。隧道纵坡为1.1%上坡和0.9%下坡，拱顶最大埋深约133 m，拱顶最小埋深埋深约8 m，隧道洞口为强风化变质砂岩，节理裂隙发育，岩体极易破碎，洞口软弱围岩段（Ⅴ级围岩）成为施工的难点和控制点，洞口软弱围岩的施工不仅关乎着隧道洞口施工场地的人员和机械的安全，还关乎着洞口的成型及喷浆、支护的顺利性。施工明洞采用明洞衬砌，其余均采用复合式衬砌。龙头岭隧道长度及围岩参数见表1。

表1 龙头岭隧道长度及围岩参数m

3 爆破施工方案

如前述，隧道掘进根据所穿岩层的赋存条件和岩石性质选择施工方案，IV级围岩采用上下断面正台阶开挖，V级软弱围岩正台阶环形留核心土开挖[6]，V级软弱围岩的开挖进尺0.5～1.0 m，开挖时应进行超前支护。

施工中严格按照设计要求，遵循新奥法施工原理，加强对施工现场的监控、测量，确保开挖安全、顺利进行。

3.1 炮孔布置

IV级围岩采用上下断面正台阶开挖，该施工方法步骤简单，支护方便，安全性好，类似于露天浅孔台阶爆破，V级软弱围岩正台阶环形留核心土开挖方法在施工中，通过选择合适的单耗、周边孔线装药密度以及装药结构，可以减少对围岩的振动和破坏[7]，保证了施工了进度和安全。软弱围岩施工中的炮孔参数布置如下：

1）周边炮孔。采用工程类比法，并在施工中不断优化调整，炮眼间距E=（8～12）d（d为炮眼直径）；抵抗线W=（1.0～1.4）E。

2）掏槽孔。掏槽孔采用双楔形掏槽，每对掏槽孔间距为0.2～0.6 m，孔底间距为0.1～0.2 m。掏槽孔与工作面夹角为55°～75°，本工程两排炮孔间距0.3 m。

3）辅助孔。本工程取90 cm，施工中可适当调整。

4）周边孔。周边孔采用光面爆破，减少对围岩的扰动，周边孔间距一般为30～60 cm，本工程取50 cm。

周边孔爆破时采用不耦合装药，并应同时起爆，确保爆破质量。

3.2 炮孔数

在隧道施工中，炮孔的数目经常采用以下经验公式[8]

式中：N为炮孔数；f为岩石普氏系数；S为巷道掘进断面，m2。

隧道岩石普氏系数f=4～12，上下断面正台阶开挖取f=8～10，而对于软弱围岩的爆破施工，由于围岩的硬度f一般为4～6，正台阶环形留核心土开挖取f=6；本工程N实际取120～150；

正台阶环形开挖方法将断面分为环形拱部、上部核心土、下台阶等3部分，这样可以减少单次起爆的药量，减少爆破振动对软弱围岩的破坏，在有自由面的前提下，下台阶爆破施工参数可参考浅孔台阶爆破参数，可以减少炮孔数目。施工难度最大的V级围岩段开挖炮孔布置如图1所示。

图1 V级围岩段开挖炮孔布置

3.3 单孔装药量的计算

隧道爆破，掏槽眼要求抛掷；掘进眼只要求松动，周边眼则要求预裂爆破，所以各部位炮眼的装药量是不同的。

周边眼单孔药量计算公式为：

式中：QK为单孔装药量，g；ρ0为炸药的密度，g/ cm3；L为炮眼深度，cm；di为炸药直径，cm；β为光面爆破炮眼填装系数，一般取0.5～0.7，在软弱围岩中，炮孔的填装系数取小，这里取0.5；软弱围岩中，掘进进尺为0.5～1.0 m，炮孔深度L为60～110 cm。

其他各部位炮眼装药量计算公式为：

式中：q为单孔装药量，g；K为装药密度；α为炮眼间距，cm；L为炮眼深度，cm；W为炮眼爆破方向的抵抗线，cm；λ为炮眼所在部位系数，掏槽眼λ取3，辅助眼λ取2。

3.4 爆破器材的选择

隧道爆破采用岩石乳化炸药，周边光爆孔采用φ25 mm的小药卷并使用导爆索连结各药卷，其它炮眼采用φ32 mm的标准药卷。雷管采用非电毫秒导爆管雷管（1～11 ms）。

4 其他爆破安全措施

1）正台阶环形留核心土开挖和上下断面正台阶开挖法施工时，注意控制核心部分和下台阶边缘孔的装药量（采用少装药或分层装药），以免导致超前支护在爆破时被的破坏，特别是软弱围岩的支护，本身围岩应力比较大，支护压力就很大，过度的扰动，会大大增加支护破坏的可能性[7-8]。

2）炮孔的堵塞可以提高炸药的能量利用率，因此堵塞长度不小于20 cm，堵塞材料采用炮泥（组分砂：黏土：水=3：1：1）。

3）围岩强度不同，爆破效果也不同，施工时要进行试爆，取得可靠合理的爆破参数。

4）隧道左、右线洞口均为Ⅴ级浅埋围岩，洞口场地有限，施工条件很差，洞口两侧的边坡属于较不稳定型结构边坡，设计采用注浆小导管对临时边仰坡进行防护，在覆土层较薄区域采用盖挖法施工注浆回填，确保龙头岭洞口软弱围岩段的安全进洞，防止洞口的垮塌。

5 结语

针对软弱围岩在钻爆施工过程中出现围岩过大的扰动、变形、掉块的主要问题，对爆破方法进行了改进，通过逐步实践调整并选择出针对软弱围岩的相对合理的爆破施工参数。通过龙头岭隧道的工程实践证明，本技术方案的实施运用，使得该隧道在施工质量、进度、成本等方面达到了预期的要求。

［1］关宝树．隧道工程施工要点集［M］．北京：人民交通出版社，2003．

［2］朱永全．隧道工程［M］．北京：中国铁道出版社，2005．

［3］刘书广，费维水．施工爆破对隧道围岩的扰动分析［J］．交通世界，2006（8）：73-76．

［4］邓显平．隧道超欠挖的影响因素及控制途径［J］．公路交通科技，2009（1）：5-6．

［5］万姜林，关宝树．钻爆法隧道控制超欠挖技术研究［J］．西南交通大学学报，1992（86）：302-307．

［6］邹树梅，王胜勇．软弱围岩控制爆破设计与施工［J］．工程力学，2000（增刊）：742-750．

［7］林从谋.浅埋隧道掘进爆破振动特性、预报及控制技术研究［D］．上海：同济大学，2005．

［8］齐景岳.下坑隧道软弱围岩全断面开挖光面爆破［J］．隧道工程，1980（3）.

【责任编辑：陈毓】

Application of soft surrounding rock blasting technology in Longtouling mountain tunnel

YIN Fangman,HAN Guoguang
(Chizhou Changjiang Rock Blasting Engineering Co.,Ltd.,Chizhou 247100,China)

According to the characteristics of soft surrounding rock,this article analyses the effect of tunnel blasting excavation on soft surrounding rock stability.Taking Longtouling mountain tunnel blasting construction for the engineering example,the article shows the selection method of blasting construction parameters in soft rock to ensure the construction progress,quality and safety, which provide the reference for the similar engineering practice parameter selection.

soft surrounding rock;tunnel blasting;technical parameter;construction guarantee

TD235.3

B

1671－9816（2017）02－0088－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.02.024

殷芳满，韩国光.软弱围岩爆破技术在龙头岭隧道中的应用［J］.露天采矿技术，2017，32（2）：88-90.

2016-09-01

殷芳满（1969—），安徽池州人，高级工程师，本科，从事爆破技术及爆破施工管理工作。